ИСТИНА

Основная цель проекта – разработать методы повышения чувствительности магнитно-резонансной томографии и спектроскопии, проводимых на ядрах 19F, 23Na и 31P в слабом (0.5 Тл) и высоком (7 Тл) магнитных полях.

Currently, along with conventional MR imaging (MRI) and spectroscopy (MRS) methods on hydrogen nuclei, are actively used approaches related to obtaining additional diagnostic information from nuclei other than protons. The main disadvantage of these methods is low sensitivity. The presented project is aimed at solving this problem. From a variety of nuclei of biomedical significance other than protons, the most promising for MRI and MRS studies are considered to be sodium-23 (23Na), phosphorus-31 (31P) and fluorine-19 (19F) nuclei. The first two are very important for biomedicine as responsible for specific functions of living systems. Thus, excess sodium content in tissues is associated with such pathologies as diabetes, hypertension, tumor formations, etc. Phosphorus compounds are responsible for the energy of cellular metabolic processes in the body. Fluorine-containing compounds are used as blood substitutes, as well as contrast agents for visualizing pathological formations and measuring the degree of oxygen saturation of tissues (oximetry), etc. Within this project, to solve the problem, radiophysical methods of amplifying the NMR signal from 19F, 23Na and 31P nuclei will be developed by using inductively coupled standalone devices based on the use of metamaterials, as well as concentrated electrodynamic systems having a transmission line resonator design. In addition, for the 19F MRI method, new fluorine-containing substances will be chemically synthesized to provide a more intense NMR signal compared to the known drug Perftoran®. A new stable perfluorinated paramagnetic radical infinitely soluble in perfluorocarbons (PFCs) will also be developed. The use of such a radical will allow to increase the relaxivity of fluorine-19 nuclei and will lead to an increase in the contrast of the PFCs under study in 19F MR images. Multinuclear MRI and MRS studies will be performed using a clinical MR scanner with a low magnetic field of 0.5 T and a research MR scanner with a high magnetic field of 7 T. The effectiveness of the developed techniques for increasing sensitivity in measuring NMR signals from 19F, 23Na and 31P nuclei will be tested in vitro on phantoms and in vivo on volunteers and laboratory animals. The developed techniques will be in demand for medical diagnostics. The project is interdisciplinary, since it requires competent solutions in a number of scientific fields – in physics of MRI and MRS, medical physics, electrodynamics of radiofrequency devices, biophysics, chemical analysis and synthesis, preclinical MRI and MRS studies.

В процессе выполнения работ по данному проекту планируется разработать и изготовить беспроводные датчики сигнала ЯМР, выполненные в виде метаматериалов, или имеющие конструкцию резонатора линии передач. Ожидается, что разрабатываемые датчики позволят существенно улучшить качество и информативность получаемых мультиядерных МР изображений и спектров не только в сильном магнитном поле 7 Тл, но и в слабом поле 0.5 Тл – на клиническом МР томографе. Размеры и формы разрабатываемых датчиков будут адаптированы к исследуемым объектам. Применительно к методам 19F МРТ и МРС будут разработаны и синтезированы новые фторсодержащие вещества (по крайней мере, 2 таких вещества), молекулы которых будут иметь 18 магнитно-эквивалентных атомов фтора. Ожидается, что синтезированные ПФУ будут малотоксичны, как и препарат Перфторан®, а получаемые от них 19F МР изображения будут иметь более высокие значения ОСШ. Также будет синтезирован новый стабильный перфторированный радикал, являющийся парамагнитным соединением и неограниченно растворимым в ПФУ. Ожидается, что синтезированный радикал позволит эффективно управлять контрастом на получаемых 19F МР изображениях в in vivo 19F МРТ исследованиях.

Руководитель проекта Пирогов Ю.А. и исполнители проекта имеют большой опыт работы по тематике мультиядерной МРТ и МРС, благодаря наличию в МГУ имени М.В. Ломоносова двух МР томографов с открытым программным обеспечением – клинического 0.5 Тл МР томографа Bruker Tomikon S50 (главный оператор исполнитель проекта Анисимов Н.В.) и исследовательского 7 Тл МР томографа Bruker BioSpec 70/30 USR (главный оператор исполнитель проекта Гуляев М.В.). Особенно активно на данных МР томографах проводились и проводятся исследования на ядрах 19F. Так, начиная с 2014 года руководитель проекта Пирогов Ю.А. и исполнители проекта Анисимов Н.В., Гуляев М.В., Павлова О.С., Гервиц Л.Л. участвовали в завершенных гранте Минобрнауки №14-604-0060 «Фторуглеродные соединения в биомедицинских исследованиях in vivo с применением мультиядерной МРТ визуализации» и гранте РФФИ № 14-02-00287А «Разработка основ клинической магнитно-резонансной томографии на ядрах фтора-19 с использованием препарата "Перфторан"», а также в гранте РФФИ №17-02-00465А «Разработка методов МРТ визуализации органов дыхания с помощью фторсодержащих газовых смесей», который завершился в 2019 году. По результатам проведенных исследований было опубликовано более 20 публикаций в цитируемых зарубежных и российских журналах.